Ο εσωτερικός πυρήνας της Γης, αποτελείται από στρώσεις

Από σελίδα του UniSci, 4 Μαρτίου 2002

Νέα στοιχεία από σεισμικά κύματα μικρής περιόδου μπορούν να λύσουν ένα, από μακρού υφιστάμενο, μυστήριο του γήινου εσωτερικού πυρήνα και προσφέρουν πρόσθετη υποστήριξη για ένα μοντέλο του εσωτερικού πυρήνα, που αποτελείται από στρώσεις, λένε σεισμολόγοι στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις.

Για μια περίπου δεκαετία, η αιτία για τα ανώμαλα κύματα που περνούν μέσω του ενδότατου τμήματος του πλανήτη μας είναι ένα μυστήριο. Τα σεισμικά κύματα που διαπερνούν το στερεό εσωτερικό πυρήνα κατά μήκος του άξονα βορρά-νότου, έχουν ένα πολύ μικρότερο πλάτος και μια πιό σύνθετη κυματομορφή από εκείνα που ταξιδεύουν κατά μήκος του άξονα Ανατολής-Δύσης.

Όπως αναφέρεται στην online έκδοση της 19 Φεβρουαρίου, των Geophysical Research Letters, ο καθηγητής τηε Γεωλογίας Song Xiaodong και ο σπουδαστής Xiaoxia Xu έχουν αναλύσει νέα στοιχεία που μπορούν να βοηθήσουν ώστε να λυθεί το μυστήριο.

"Τα σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν μέσω του εσωτερικού πυρήνα κατά μήκος μιας κατεύθυνσης Βορρά-Νότου είναι γρηγορότερα από εκείνα που ταξιδεύουν κατά μήκος μιας κατεύθυνσης Ανατολής-Δύσης, που είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα γνωστό ως ανισοτροπία του εσωτερικού πυρήνα," λέει ο Song. "Η κατανόηση της πηγής της ανισοτροπίας στον εσωτερικό πυρήνα θα μπορούσε να είναι κρίσιμη για την εξήγηση άλλων φαινομένων, όπως με ποιό τρόπο προκύπτει το γήινο μαγνητικό πεδίο αλλά και το πώς ο πυρήνας διαμορφώνεται και εξελίσσεται. Χρησιμοποιώντας τα σεισμικά κύματα που παρήχθησαν από τους σεισμούς, βρήκαμε τη δομή του εσωτερικού πυρήνα να είναι πιό περίπλοκη από ό,τι σκεφτήκαμε αρχικά."

Ο γήινος πυρήνας αποτελείται από έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα περίπου διαμέτρου 2.400 χιλιομέτρων και έναν υγρό εξωτερικό πυρήνα διαμέτρου περίπου 7.000 χιλιομέτρων. Επιπλέον, ο στερεός εσωτερικός πυρήνας εμφανίζεται επίσης να κείται σε στρώσεις μέσα σε έναν χαμηλότερο εσωτερικό πυρήνα και έναν ανώτερο εσωτερικό πυρήνα. Ο ανώτερος εσωτερικός πυρήνας δημιουργεί μια ζώνη μετάβασης, περίπου 250 έως 400 χιλιόμετρα παχύ, λέει ο Song.

Το μοντέλο που περιγράφει τον εσωτερικό πυρήνα ότι βρίσκεται σε στρώσεις, προτάθηκε αρχικά το 1998 από τον Song και τον Donald Helmberger, Διευθυντή του σεισμολογικού εργαστηρίου στο Τεχνολογικό Ίδρυμα της Καλιφόρνιας.

"Εκείνη την περίοδο, στηριχθήκαμε σε μεγάλο ποσοστό επάνω στα μακράς περιόδου, ευρυζωνικά στοιχεία που συλλέχθηκαν από διάφορους σεισμούς αλλά που καταγράφηκαν σε πολύ λίγους σεισμικούς σταθμούς," είπε ο Song. "Για να ενισχύσουμε αυτό το μοντέλο, χρειαστήκαμε περισσότερα στοιχεία μικρής περιόδου -- που είναι εκεί όπου  εμφανίζονται οι περισσότερες από τις ανωμαλίες."

O Song και Xu γέμισαν αυτό το κενό με τη μελέτη σεισμικών κυμάτων από έναν σεισμό που εμφανίστηκε στις 5 του Οκτωβρίου του 1997, στα νησιά South Sandwich, έξω από την ακτή της Νότιας Αμερικής. Μετά ταξιδεύοντας μέσω του Γήινου εσωτερικού πυρήνα, τα κύματα μικρής περιόδου καταγράφηκαν σε περισσότερους από 100 σταθμούς του σεισμικού δικτύου της Αλάσκας.

Τα νέα στοιχεία από τα κύματα μικρής περιόδου προσφέρουν πρόσθετη υποστήριξη για ένα μοντέλο του γήινου εσωτερικού πυρήνα που κείται σε στρώσεις, λέει ο Song "Αλλά, προς έκπληξή μας, διαπιστώσαμε ότι ένα τέτοιο μοντέλο θα μπορούσε να εξηγήσει και τα ανώμαλα κύματα μικρής περιόδου."

Το ανώτερο μέρος του εσωτερικού πυρήνα είναι ισοτροπικό, αλλά το χαμηλότερο μέρος του εσωτερικού πυρήνα είναι ανισότροπο, συνεχίζει ο Song. "Αυτός σημαίνει ότι τα σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν μέσω του χαμηλότερου εσωτερικού πυρήνα θα ταξιδεψουν σε διαφορετικές ταχύτητες προς διαφορετικές κατευθύνσεις."

Επειδή η ανισοτροπία στο χαμηλότερο εσωτερικό πυρήνα ευθυγραμμίζεται με την κατεύθυνση βορρά-νότου, τα σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν κατά μήκος αυτής της κατεύθυνσης, θα επιταχυνθούν και θα διαδοθούν, παράγοντας περίπλοκες κυματομορφές με ποικίλους χρόνους άφιξης. Τα μικρότερα πλάτη των σεισμικών κυμάτων, είναι ένα αποτέλεσμα του διαχωρισμού της ενέργειας σε πολλαπλάσιους κλάδους των κυμάτων, εξηγεί ο Song. Τα σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν κατά μήκος των κατευθύνσεων Ανατολής-Δύσης είναι απρόσβλητα.

Με βάση τα νέα στοιχεία των σεισμών, οι επιστήμονες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η ανισοτροπία στο χαμηλότερο εσωτερικό πυρήνα είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι εθεώρησαν προηγουμένως. Γι' αυτό και η ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων κατά μήκος της διεύθυνσης Βορρά-Νότου είναι περίπου 8 τοις εκατό μεγαλύτερη απ'ό,τι στην κατεύθυνση  Ανατολής-Δύσης.

Αυτό όμως το αποτέλεσμα δημιουργεί νέα ερωτήματα για την πηγή της εσωτερικής ανισοτροπίας των πυρήνων, την οποία πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι προκαλείται από μια προνομιακή ευθυγράμμιση των κρυστάλλων του σιδήρου, λέει ο Song. "Το να εξηγήσουμε το εύρος της ανισοτροπίας θα απαιτούσε σχεδόν την τέλεια ευθυγράμμιση των κρυστάλλων του σιδήρου, σύμφωνα με τις περισσότερες πρόσφατες μετρήσεις και προβλέψεις της ελαστικότητας του σιδήρου του εσωτερικού πυρήνα".